Кинетика адсорбции метиленового синего из сточных вод с использованием pH
ДомДом > Блог > Кинетика адсорбции метиленового синего из сточных вод с использованием pH

Кинетика адсорбции метиленового синего из сточных вод с использованием pH

Jul 25, 2023

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 11900 (2023) Цитировать эту статью

661 Доступов

5 Альтметрика

Подробности о метриках

В этой работе гидрогели крахмал/полиациловая кислота были синтезированы методом свободнорадикальной полимеризации. Молярные соотношения акриловой кислоты и N,N'-метиленбисакриламида составляли 95:5, 94:6 и 93:7. Образцы имели аморфную пористую структуру, что указывает на то, что размер пор зависел от количества сшивающего агента. Количество акриловой кислоты в структуре увеличилось при небольшом увеличении количества сшивающего агента, что улучшило термостабильность гидрогелей. На характеристики набухания гидрогелей влияли как уровень pH, так и количество сшивающего агента. Гидрогель с соотношением 94:6 проявлял наибольшую степень набухания (201,90%) при рН 7,4. Было продемонстрировано доминирование эффекта Фика в регулировании водопоглощения в синтезированных гидрогелях, а кинетика набухания соответствовала модели псевдовторого порядка Шотта. Установлено, что на поглощение метиленового синего разработанными гидрогелями влияют различные факторы, в том числе концентрация красителя, количество сшивающего агента, уровень pH и продолжительность воздействия. Гидрогель 95:5 продемонстрировал наибольшую эффективность адсорбции (66,7%) для раствора красителя с концентрацией 20 мг/л при pH 10,0. Исследование кинетики и изотерм адсорбции показало, что процесс физисорбции протекает на гетерогенных поверхностях адсорбента и может быть объяснен экзотермической природой.

Интерес исследователей к гидрогелям на основе крахмала вызван широким спектром полезных свойств, включая биосовместимость, биоразлагаемость, физико-химические свойства, высокую эффективность и доступную цену1. Гидрогели, полученные из крахмала, используются в широком спектре отраслей промышленности, включая окружающую среду, сельское хозяйство, медицину, абсорбенты и т. д.2. Адсорбция красителей этими гидрогелями в промышленных сточных водах является одним из многих потенциальных применений, привлекших большое внимание. Органические красители используются во многих отраслях промышленности, включая текстильную, полиграфическую, пластмассовую и косметическую, но они чрезвычайно опасны для водных ресурсов и экосистем3. Ароматические органические красители, такие как метиленовый синий (МБ), более токсичны и стабильны, чем другие типы органических красителей; они также могут вызывать тошноту, рвоту, некроз тканей и повреждение нервов у людей4. Отделение красителей может быть достигнуто с помощью различных процессов, включая седиментацию5, ионный обмен6, коагуляцию7, фильтрацию8 и адсорбцию9, 10. Адсорбенты превосходят другие методы, имея такие преимущества, как возможность повторного использования, низкая стоимость, высокая эффективность поглощения, гибкость в работе, эффективность и простота в обращении11.

Несмотря на различные преимущества гидрогелей на основе крахмала, такие недостатки, как низкая механическая стойкость и высокая чувствительность к разложению, препятствуют их широкому использованию в промышленности12. Для решения вышеупомянутых проблем крахмал можно модифицировать с помощью физических13, химических14, смешивания15 и ферментативных16 методов. Окисление17, гидролиз18, этерификация19 и прививка20 относятся к числу методов химической модификации крахмала. Химическая прививка виниловыми мономерами, такими как акриловая кислота, вызвала интерес благодаря точному контролю над процессом модификации, большей адсорбционной способности и созданию более стабильного и однородного продукта21. Кроме того, прививка гидрогеля поли(акриловой кислотой) (ПАА) улучшает свойства, например, механическую прочность, термостойкость и способность поглощать воду, а также расширяет область его применения22, 23. Введение отрицательных зарядов в крахмал имеет важное значение для адсорбции ионов. или положительно заряженные красители с помощью гидрогелей на основе крахмала. Окисление крахмала и модификация полиакриловой кислотой — два метода, используемые для этой цели24. Хотя окисление крахмала может изменить структуру крахмала и свойства гелеобразования, модификация крахмала полиакриловой кислотой дает такие преимущества, как упрощенный процесс, повышенная водопоглощающая способность, настраиваемые свойства и улучшенная стабильность. Этот метод эффективно снижает затраты и решает потенциальные экологические проблемы, связанные с процессом модификации25, 26. Несколько факторов, таких как температура, pH, концентрация красителя и сшивающий агент, могут влиять на эффективность адсорбции гидрогелей27. Добавление N,N'-метиленбисакриламида (МБА) в качестве сшивающего агента к крахмальному гидрогелю дает многочисленные преимущества, включая облегчение формирования стабильной структуры, улучшение структурной целостности, повышенную водопоглощающую способность, а также способность регулировать пористость, поведение набухания и и механические свойства28. Эта универсальность делает гидрогель исключительным выбором для разнообразных применений в сельском хозяйстве, биомедицине и за их пределами29.

 0.9800. The variation of kis with pH is similar to the variation of Q with pH and is determined by the rate of relaxation of polymer chains in the polymer network. The ionization of carboxylate groups and electrostatic repulsions occurred as the pH increased from 2.0 to 4.8, leading to enhanced polymer chain relaxation. This phenomenon increased with increasing pH up to 7.4. Rapid relaxation facilitates the ability for water molecules to permeate the polymer network, thereby accelerating the rate of swelling. At pH = 10.0, the decrease in the mobility of polymer chains due to the screening effect of Na+ cations resulted in a decline in water diffusion into the polymer network; as a result, kis decreased54./p> 1, physical absorption occurs62. All samples had n values below 1, suggesting that chemical absorption is occurring. It demonstrated the adsorbent's ability to electrostatically interact with MB molecules. The Temkin isotherm is associated with the uniform distribution of energy during the adsorption process, and the interaction between the adsorbent and the adsorbed molecule causes a linear decrease in the adsorption heat for all molecules63. The positive value of bT in the synthesized samples indicated that the adsorption process is exothermic64. Furthermore, the high value of bT in comparison to KT indicates that the adsorbent and the adsorbed have a strong interaction20. In comparison to the other two isotherms, the Freundlich model with the highest R2 value was considered to be the best fit for the empirical evidence./p>